Открытие ростовских химиков: неожиданное поведение молекулы приближает «умные» лекарства

Учёные Южного федерального университета совершили неожиданное открытие, изучая новую светочувствительную молекулу. Оказалось, что её поведение кардинально отличается от ожидаемого, и это может привести к созданию «умных» лекарств, активируемых светом именно в нужном месте — например, для борьбы с опасными бактериями или лечения болезни Альцгеймера.

Нестандартная реакция на свет

Обычно молекулы из класса спиропиранов под действием ультрафиолетового излучения резко меняют свою структуру, форму и даже токсичность, переходя из бесцветной в цветную форму. Однако когда учёные из НИИ физической и органической химии ЮФУ добавили к классическому спиропирану дополнительный азометиновый фрагмент и облучили его, произошло нечто иное. Ожидаемого превращения не случилось: свет заставил «выгибаться» не основную часть молекулы, а именно дополнительный фрагмент. При этом исходный спиропиран, будучи фотоактивным, как бы передал всю свою способность реагировать на свет новому элементу.

«Удивило, что исходный спиропиран был вполне себе фотохромным, а после введения азометинового фрагмента он „передал“ ему всю свою фотоактивность. Это, кстати, и имеет наибольшую фундаментальную ценность среди всех результатов исследования», — отметил старший научный сотрудник лаборатории специального органического синтеза НИИ ФОХ ЮФУ, кандидат химических наук Артём Пугачёв.

Значение для медицины и материаловедения

Открытие может найти применение в нескольких важных областях. Проблема хронических инфекций во многом связана с биоплёнками — сообществами бактерий, покрытых защитной плёнкой, против которых обычные антибиотики часто бессильны. Не менее остро стоит вопрос терапии болезни Альцгеймера: лекарство должно быть доставлено строго к цели, чтобы избежать побочных эффектов. Молекула, способная активироваться под действием света, может стать основой для препаратов, которые вводятся в организм в безопасной форме, а затем «включаются» лучом света, направленным на нужный участок.

«Введение азометинового фрагмента в структуру спиропирана делает его потенциально перспективным кандидатом для создания лекарств, направленных на лечение болезни Альцгеймера, или эффективного антибиотика, способного разрушать биоплёнки при управлении светом», — пояснил Артём Пугачёв.

Результаты исследования опубликованы в журнале Structural Chemistry. Хотя работа находится на этапе фундаментальной науки, именно такие «неправильные» результаты чаще всего ведут к прорывным технологиям будущего.

Ростовская школа фотохимии

Ростовская школа химиков-синтетиков, специализирующихся на фотохромных спиропиранах, формировалась более полувека — с 1970-х годов в НИИ ФОХ РГУ. У её истоков стояли выдающиеся учёные Геннадий Дорофеенко и Владимир Минкин, а затем исследования продолжили Анатолий Метелица, Анатолий Чернышев, Борис Лукьянов, Леонид Ниворожкин, Николай Волошин, Николай Шелепин и другие. За десятилетия школа стала одной из самых известных в мире в области химии фотохромных соединений. Её представители публиковали работы в ведущих международных журналах и выступали на крупнейших конференциях, включая Международный симпозиум по органическому фотохромизму (ISOP).

Долгое время лабораторию специального органического синтеза возглавлял кандидат химических наук Борис Сергеевич Лукьянов, подготовивший новое поколение исследователей, среди которых Илья Ожогин и Артём Пугачёв. Сегодня лабораторией руководит Илья Ожогин. «Основные направления работы — фотофармакология, биовизуализация и органическая фотовольтаика. В лаборатории выполняются гранты РНФ, студенты и аспиранты побеждают в программах УМНИК и Студенческий Стартап Фонда содействия инновациям, а также получают Стипендию Президента РФ», — рассказала и. о. декана химического факультета Евгения Коршунова.

Открытие необычного поведения молекулы — очередное подтверждение того, что фундаментальные исследования ростовских химиков могут привести к практическим решениям в медицине и материаловедении.